蔣 卓，付永勝

(西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 611756)

1 前 言

衛(wèi)生填埋由于具有技術(shù)相對簡單、成本低的特點，是目前中國主要的城市生活垃圾的處置方式，但是其產(chǎn)生的垃圾滲濾液處理卻隨之產(chǎn)生出另一個困擾。目前，我國垃圾滲濾液以生化處理為主，但是高濃度氨氮與可生化性差兩個難題使得傳統(tǒng)生化法聯(lián)合高級氧化、膜處理技術(shù)等物化方法成為垃圾滲濾液處理的發(fā)展趨勢。其中，反滲透等膜分離技術(shù)因在出水穩(wěn)定達標(biāo)上有著天然的優(yōu)勢而越來越多的被應(yīng)用在實際工程中。

自從1982年頗爾水處理有限公司研制成功碟管式反滲透裝置(DTRO)，在歐美地區(qū)已經(jīng)有超過200個垃圾填埋場應(yīng)用了該技術(shù)，而中國在北京、上海、重慶等多個地區(qū)成功推廣[1～3]。DTRO膜組件的一大特點就是能夠適應(yīng)高濃度、生化性不佳的垃圾滲濾液。文章通過對四川某生活垃圾填埋場滲濾液污水處理廠兩級DTRO系統(tǒng)進行研究試驗，考察其在垃圾滲濾液實際處理中的應(yīng)用。

2 項目簡介

2.1 工藝設(shè)計

試驗依托四川某城市生活垃圾填埋場污水處理廠改建項目，原污水處理廠采用UASB+ABR+MBR+人工濕地的處理工藝，但由于水質(zhì)波動較大以及運行不規(guī)范等原因，實際運行效果不理想。改建后采用氣浮+臭氧+UASB+兩級DTRO+RO的處理工藝，設(shè)計規(guī)模為200m3/d。

2.2 兩級DTRO系統(tǒng)

DTRO系統(tǒng)由原水罐、預(yù)處理系統(tǒng)、一級DTRO系統(tǒng)、二級DTRO系統(tǒng)組成。其中一級DTRO系統(tǒng)共82支膜柱分為三段串聯(lián)運行；二級系統(tǒng)共22支膜柱分兩段串聯(lián)運行。為保證系統(tǒng)產(chǎn)水回收率，二級系統(tǒng)及一部分一級系統(tǒng)濃縮液回流至一級系統(tǒng)。兩級系統(tǒng)各自由一臺高壓柱塞泵提供機械能，并在每段進水前通過在線增壓泵保證反滲透推動壓力。

DTRO系統(tǒng)實現(xiàn)分離的核心在于八邊型的反滲透膜，如圖1 (a) 所示。稀溶液通過“S”型的錯流過濾的方式通過膜片，在單只DTRO膜組件中液體通過如圖1 (b) 的方式流動。

圖1 DTRO構(gòu)造及原理Fig.1 DTRO structure and schematic diagram

3 材料和方法

3.1 試驗材料

試驗采用生化處理后垃圾滲濾液作為兩級DTRO系統(tǒng)的進水，其水質(zhì)如下：COD 3 400～8 532 mg/L、氨氮901～2 032 mg/L、pH 8.1～8.2、Ca2+354.92mg/L、電導(dǎo)22～34.7 ms/cm。DTRO膜片則采用頗爾公司研發(fā)的芳香聚酯胺膜。

3.2 試驗裝置

試驗裝置利用安岳縣垃圾填埋場污水處理站現(xiàn)場條件，其處理流程如圖2所示，垃圾滲濾液在經(jīng)過了沙濾、芯式過濾處理后通過兩級串聯(lián)運行的DTRO膜組件。并且對一級、二級的進水出水3個點位進行取樣測量，其中一級系統(tǒng)的出水作為二級系統(tǒng)的進水。

圖2 碟管式反滲透系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow chart of DTRO system

3.3 分析方法

實驗液體采集后立刻進行分析測定，分析儀器使用前使用儀器廠家配置的標(biāo)液進行校訂，以保證數(shù)據(jù)的真實有效。溶液pH和溫度分別采用pH儀(E-201-L型)和溫度電極(T-818-L型)測定，電導(dǎo)率和壓力則采用傳感器在線測定，流量采用浮子流量計及在旋翼式在線流量計測定。氨氮采用國標(biāo)法利用EU-2000A型紫外可見光分光光度計測定。在254 nm下的吸光度表征包括芳香族化合物在內(nèi)的具有不飽和碳碳鍵的化合物[4]。

4 結(jié)果和討論

4.1 膜通量的變化

反滲透產(chǎn)水膜通量是DTRO系統(tǒng)的重要運行指標(biāo)，膜通量的提高能有利于反滲透系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。目前廣泛接受的是溶解-擴散理論[5]來解釋膜通量方程，其正比于膜機械壓差與滲透壓差的差值。一級DTRO系統(tǒng)膜通量及運行壓力隨時間的變化如圖3 (a)所示。在一個運行周期內(nèi)，通過酸泵調(diào)節(jié)原水pH至6.1～6.3，在進水溫度23.4℃～23.9℃、產(chǎn)水膜通量10.50～10.56 L/(m2·h)條件下，一級DTRO跨膜壓差隨時間的關(guān)系如圖3 (b) 所示。

圖3 一級DTRO膜通量及壓力的變化Fig.3 Change of flux and pressure in the first stage DTRO

由圖3可以看出，一級DTRO系統(tǒng)運行后，膜兩側(cè)壓差不斷增加。在最初的7min內(nèi)膜通量隨著壓差迅速的升高，但之后膜通量并不隨機械壓差的增加而增加并趨于穩(wěn)定。分析其原因，由于壓力增加以及溶劑透過導(dǎo)致原料液側(cè)溶質(zhì)濃度增加導(dǎo)致濃差極化現(xiàn)象[6]，使得局部阻力與滲透壓升高抵消了增加的機械壓。而為了保持一定的產(chǎn)水膜通量，在一個運行周期內(nèi)運行壓差不斷增大，增幅達到20%。其中在100h左右出現(xiàn)了一個離群數(shù)據(jù)是因為當(dāng)時原水罐水位過低系統(tǒng)停運進行了清水反洗以致跨膜壓差遠低于先前水平，但跨膜壓差在重新正常運行后迅速升高到了停運前的水平。由此可見，在實際運行過程中膜污染的現(xiàn)象是顯著存在的并且通過簡單的清水反沖洗恢復(fù)膜通量水平是有限的。

4.2 兩級DTRO運行效果

圖4可以看出，在一個運行周期中一級DTRO氨氮的去除率能夠達到95.1%～97.8%；電導(dǎo)率的去除率在96.6%～97.7%；UV254的去除率在96.4%～97.4%。

圖4 一級DTRO去除率Fig.4 First stage DTRO removal rate

圖5可以看出，在一個運行周期中二級DTRO氨氮的去除率為86.5%～92.1%；電導(dǎo)率的去除率在87.2%～89.6%；但是UV254的去除率僅在10%～40%。

圖5 二級DTRO去除率Fig.5 Second stage DTRO removal rate

4.3 壓力對運行效果影響

試驗通過調(diào)節(jié)二級DTRO系統(tǒng)產(chǎn)水手動調(diào)節(jié)閥改變運行壓差，膜通量、電導(dǎo)率去除率及氨氮去除率隨運行壓力的變化如圖6所示。

圖6 二級DTRO膜通量及去除率同壓力變化Fig.6 Change of flux and removal rate in the second stage DTRO with pressure

由圖6可以看出，對于二級DTRO而言，提高運行壓力能夠提高產(chǎn)水膜通量但一味的追求膜通量會使得DTRO去除率下降。對于此次試驗在調(diào)節(jié)原水pH 6.1～6.3條件下，當(dāng)二級系統(tǒng)壓差高于1.5 MPa后去除率下降明顯尤其是氨氮出水接近排放限值。

5 結(jié) 論

從去除效果及膜通量的角度研究了兩級DTRO系統(tǒng)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用，得到了如下結(jié)論。

5.1 對于一級DTRO啟動膜通量與壓差的分析，雖然導(dǎo)流盤的小孔有利于溶液的擾動形成湍流，但是滲濾液溶質(zhì)濃度較高，在膜表面到液相主體間仍然存在濃度梯度導(dǎo)致DTRO依然會存在濃差極化現(xiàn)象。

5.2 在調(diào)節(jié)進水pH 6.1～6.3、溫度23.4℃～23.9 ℃下，一級DTRO氨氮的去除率能夠達到95.1%～97.8%、脫鹽率在96.6%～97.7%，UV254的去除率在96.4%～97.4%；二級DTRO氨氮去除率在86.5%～92.1%，脫鹽率在87.2%～89.6%；UV254的去除率僅在10%～40%。

5.3 隨著運行壓力的增加，二級DTRO膜通量增加，氨氮去除率與脫鹽率則降低。這點同文獻[7-8]中提到的規(guī)律不同。分析其原因，在于隨著壓差的增加使得溶質(zhì)的透過速率大于溶液的透過速率從而導(dǎo)致相關(guān)去除率的下降。

參考文獻：

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[3] 左俊芳，宋延冬，王 晶. 碟管式反滲透(DTRO)技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J]. 膜科學(xué)與技術(shù)， 2011,31(2):110-114.

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